岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (12): 4045-4053.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0436

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隧道新型恒阻让压装置的工作机制研究

张传庆1，吕浩安1, 2，刘小岩1, 2，周辉1，高阳1，闫东明3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071； 2. 中国科学院大学，北京 100049；3. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310058
  • 收稿日期:2020-04-16 修回日期:2020-08-10 出版日期:2020-12-11 发布日期:2021-01-18
  • 通讯作者: 吕浩安，男，1996年生，硕士研究生，主要从事地下工程支护及数值计算等方面的研究工作。E-mail: lvhaoan@163.com E-mail:cqzhang@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:张传庆，男，1977年生，博士，研究员，博士生导师，主要从事深部岩石力学与深部灾害防治方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金?雅砻江联合基金重点项目（No.U1865203）；国家自然科学基金（No.51709257）；湖北省自然科学基金创新群体（No.2018CFA013）。

Mechanism research of a new constant resistance yielding device for tunnels

ZHANG Chuan-qing1, LÜ Hao-an1, 2, LIU Xiao-yan1, 2, ZHOU Hui1, GAO Yang1, YAN Dong-ming3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China
  • Received:2020-04-16 Revised:2020-08-10 Online:2020-12-11 Published:2021-01-18
  • Supported by:
    This work was supported by the Yalong River Joint Fund of the National Natural Science Foundation of China(U1865203), the National Natural Science Foundation of China(51709257) and the Hubei Province Natural Science Foundation Innovation Group(2018CFA013).

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摘要： 恒阻让压支护是挤压大变形隧道的大变形控制中较为理想的支护形式，现有技术在高承载力、大变形量及荷载稳定3个方面尚难统一。针对这一难题，受启发于金属拉拔工艺，结合钢拱架支护受力特点，自主研发了拉压转换恒阻让压装置，论述了其工作原理，分析了其力学响应规律与特征，并通过室内试验和数值模拟，对其设计参数的影响规律进行了分析，确定了拉压转换恒阻让压装置性能衡量指标。分析表明：（1）拉压转换恒阻让压装置可在压力条件下恒阻变形，将其安装于钢拱架分段接头处，与钢拱架嵌合为一体，即可保证钢拱架的稳定性，提高钢拱架的大变形适应能力，也可为围岩提供恒定的支护力；（2）基于锥角、摩擦系数、让压杆截面收缩率和直径4个设计参数，该装置可实现让压恒阻力和让压量可控，且其荷载稳定性好，可为软岩隧道大变形及支护稳定控制提供重要技术支撑。

关键词: 让压支护, 挤压大变形, 恒阻让压装置, 数值模拟

Abstract: The constant resistance yielding support is the ideal form of support for squeezing tunnel. Current technology is difficult to satisfy the safety requirements of high bearing capacity, large deformation and load stability at the same time. In response to this problem, the conversion constant resistance yielding device (CCYD) was developed inspired by the metal drawing process in combination with the characteristics of steel arch support. In this paper, the working principle of the CCYD was discussed, and its mechanical response law and characteristics were analyzed. Through the indoor test and numerical simulation, the influence of the design parameters was analyzed, and the performance measurement index of the conversion constant resistance yielding device was determined. The analysis shows that: 1) The conversion constant resistance yielding device can constantly resist deformation under pressure; when installed in the steel arch joint allowing it to be part of the steel arch, the device can ensure the stability of the arch, improve its large deformation adaptability while providing constant support for the surrounding rock. 2) Based on the four design parameters: the cone angle, the friction coefficient, the cross-section shrinkage rate and the diameter of the pressure bar, the device can realize pressure resistance and pressure control with satisfactory load stability, which can provide important technical support for soft-rock tunnel large deformation and the stability control of support.

Key words: yielding support, squeezing large deformation, constant resistance yielding device, numerical simulation

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